如何降低污染粒子在每一道离子注入过程中的增加量？

对于许多仍在使用旋转轮的离子注入设备，大颗粒粒子可能掉落在晶圆表面，这如同一个高速导弹与建筑物的墙壁碰撞。在先进集成电路芯片制造中，晶圆必须经过15〜20道离子注入过程，粒子导致成品率损失的效应是累计性的，所以必须降低污染粒子在每一道离子注入过程中的增加量。

利用激光扫描整个晶圆表面，并使用光感测器收集、转换以及放大由粒子引起的散射信号，就可以检测到晶圆表面的粒子。一般情况下，最小尺寸粒子的数量和位置将在离子注入前及注入后被测量出来。粒子总数的差称为新增粒子。新增粒子的位置也将被记录，所以它提供一个有效的工具以判断粒子的来源。

粒子能经由磨损的移动零件机械地引入到半导体制造中，移动零件有气阀和密封、夹钳与装载机器手臂。粒子也会通过工艺过程引入，例如砷、磷和锑的蒸气将沿着射线再凝结，而且残渣在真空泵抽真空过程中也会落到晶圆表面。高能离子溅射也是主要的粒子来源，从射线和阻挡器所溅射的铝和碳也可能是新增粒子的来源。当晶圆破碎时，硅晶圆本身就可能引入粒子。光刻胶薄膜为易碎性物质，光刻技术中，不适当的边缘球形物去除法（EBR）会将光刻胶残留在晶圆边缘。在晶圆的移除和处理过程中，机器人手臂和晶圆夹具的夹钳将破坏边缘的光刻胶，使其剥落而产生污染粒子。

离子注入机的改进和维护都有助于离子注入过程中降低新增粒子。利用统计的方法可以识别大部分的污染源并改善工艺控制。

 

元素污染

元素污染由掺杂物与其他元素的共同离子注入造成。带电荷的钼离子94MO++与氟化硼离子11BF2+有相同的荷质比(AMU/e=49),无法通过质谱仪将二者分开，所以94MO++可以随着11BF2+的离子注入到硅晶圆造成重金属污染，因此离子源不能使用含钥的标准不锈钢，通常使用如石墨和钽等材料。

如果有极小的气孔裂缝，氮气可以进入离子源反应室内，"凡+离子与用在预先非晶态注入的硅离子”Si+有相同的荷质比。同样，离子源反应室墙壁的释气过程也可能释放出一氧化碳。当一氧化碳离子化时，也有相同的荷质比:AMU/e=28。

某些离子具有非常接近的荷质比，质谱仪的解析度不能将其分开。例如，75As+离子在错非晶态注入中将污染74Ge+或76Ge+离子，30BF+离子也将污染31P+离子的注入过程。

其他的元素污染由射线管与晶圆夹具材料的溅射引起。例如，铝和碳将导致这些离子注入进入晶圆中。铝和碳在硅衬底中会引起元器件的性能恶化。

 

离子注入工艺评估

掺杂物的种类、结深与掺杂物浓度是离子注入工艺的最重要因素。掺杂物种类可以通过离子注入机的质谱仪决定，掺杂物浓度由离子束电流与注入时间的乘积决定。四点探针是离子注入监测中最常使用的测量工具，可以测量硅表面的薄片电阻。离子注入过程中，薄片电阻Rs由Rs=p/t定义。电阻系数p主要由掺杂物浓度决定，厚度方主要由掺杂结深决定，结深由掺杂物离子的能量决定。薄片电阻的测量可以提供有关掺杂物浓度的信息，因为结深可以由已知的离子能量、离子种类和衬底材料估计。

审核编辑：刘清